基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法，至少一个射频模块，射频模块发射超宽带电磁波，电磁波穿透墙体射到墙体后的人员目标上，提取人员目标信息；信号处理模块，用于接收射频模块传输的人员目标信息进行处理后得到人员目标相对于射频模块的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块；定位控制模块，用于实现人员目标的定位并将计算出的人员目标的坐标传给显示模块进行本地显示。本发明专利技术具有定位精度高，探测距离远，实时性好，可随时监控等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超宽带穿墙雷达人员定位系统，具体涉及一种基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法。
技术介绍
超宽带定位技术在国外的研究主要有：R.Jean-Marc Cramer等人提出了一种基于CLEAN算法的TOA估计方法；Joon-Yong Lee等提出了一种广义最大似然估计的方法；Pratt和Wheeler等人提出了基于天线阵列的超宽带定位的方法，和之前使用单一天线的方法相比大大提高了超宽带定位技术在非视距环境下的定位精度；Kegen等人将卡尔曼滤波算法应用到超宽带定位中，实现了目标定位和追踪。美国AetherWire公司开发出了目前最先进的芯片Aether5，它是基于UWB频谱和CMOS开发工艺，高集成度使它的体积小到不能被察觉、信号穿透能力超强、定位精度能够达到厘米级别，且功耗极小，这些优点使它在世界军事反恐方面得到了广泛的应用。英国的Ubisense公司也研发出了一款UWB无线定位产品，应用TDOA/AOA联合定位技术，工作在5.8-7.2GHz频段，探测距离最远可以达到50米，定位精度能够达到15cm。Aetherwire&Location公司研发的高集成度UWB定位芯片只有硬币大小，而且功耗低、成本低，在干扰较小的环境中定位精度可以达到厘米级。美国Time domain公司研制了一款基于UWB技术的穿墙透视仪，它可以穿透数层墙面实现对物体的探测，该产品也得到了广泛的应用。我国在超宽带UWB定位技术研究与应用方面处于刚刚起步阶段，但是国家对于该先进
的研究很重视，鼓励科研部门和相关单位进行研究和理论创新并投入相当大的人力、财力以及物力支持。在国家863计划中通信技术将UWB无线通信中的关键技术作为无线通信共性与创新技术的内容，鼓励国内通信业加强对UWB技术的研发与投资；国家自然科学基金项目支持也对国内UWB定位技术的研究起到了推动和促进作用。另外许多高校和科研机构在UWB定位技术的研究方面进行项目申报，并取得了一定的进展，研究出了多项理论成果。虽然国内对于超宽带的理论研究及相关文章很多但是超宽带系统产品开发还未见成熟产品，UWB技术在人员定位系统中的应用更是与英美国家的发展水平存在很大的差距。现有的人员定位采用的方式包括红外线、超声波、射频信号等，但都不适合穿墙室内定位。红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性；超声波受多径效应和非视距传播影响很大，不能用于室内环境；而射频信号普遍用
在室外定位系统中，应用于室内定位存在局限。GPS是目前应用最为广泛的室外定位技术，它是20世纪70年代初美国出于军事目的开发的卫星导航定位系统，主要利用几颗卫星的测量数据计算移动用户位置，即经度、纬度和高度。一般用于车辆导航和手持设备。在此基础上，还出现了增强型GPS，辅助GPS等技术，它们可以广泛用于航空、航海和野外定位等领域。利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，定位导航信号免费；缺点是定位信号到达地面是较弱，不能穿透建筑物，因此不适合室内定位，此外定位器终端的成本较高。GPS所能达到的定位精度范围在5m-20m。当前比较流行的Wi-Fi定位是IEEE802.11的一种定位解决方案。目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低，但Wi-Fi收发器只能覆盖半径90m以内的地理区域，很容易受到其他信号干扰，从而影响定位精度，并不十分可靠，而且定位器的能耗较高。蓝牙技术应用于定位，与Wi-Fi有很多相似之处，主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库；同样有定位误差不稳定，受噪声信号干扰大的缺点。由此可见，随着定位技术的发展和定位服务需求的不断增加，无线定位技术必须克服现有技术的缺点，满足以下几个条件：a)高抗干扰能力；b)高精度定位；c)低生产成本；d)低运营成本；e)高信息安全性；f)低能耗及低发射功率；g)小的收发器体积。以上几种技术方案，都不可能完全满足这些要求。而UWB用在无线定位上，能够基本满足上述要求，因此成为穿墙定位的首选。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统及方法，本专利技术具有定位精度高，探测距离远，实时性好，可随时监控等优点。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，包括：至少一个射频模块，射频模块发射超宽带电磁波，穿透墙体射到墙体后的人员目标上，通过接收反射回来的超宽带电磁波提取人员目标信息；信号处理模块，用于接收射频模块传输的人员目标信息进行处理后得到人员目标相对于射频模块的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块；定位控制模块，用于实现人员目标的定位并将计算出的人员目标的坐标传给显示模块进行本地显示。进一步的，所述定位控制模块还通过无线网络模块与Internet网络相连，同时计算机控制终端及数字化信息系统中心也与Internet网络相连，通过Internet网络定位控制模块、计算机控
制终端及数字化信息系统中心之间可以相互通信；定位控制模块将人员目标的坐标信息传输至计算机控制终端及数字化信息系统中心，实现信息的共享。进一步的，所述Internet网络还与GPRS/GSM网络通信，手机控制终端通过GPRS/GSM网络登陆Internet网络对数字化信息系统中心进行数据访问，浏览和查询人员位置信息。进一步的，所述射频模块由接收天线、发射天线、两个接收通道、一个发射通道和频率发生器组成；频率发生器产生线性调频连续波信号，分别送入到发射通道和接收通道，发射通道完成对信号的滤波和放大，并输出到发射天线；两个接收通道对接收天线接收信号完成混频和放大，输出两路基带信号到信号处理模块的输入端，同时频率发生器产生的参考时钟和触发脉冲也送到信号处理模块的输入端。进一步的，所述信号处理模块包括A/D转换单元、多普勒滤波单元以及FFT运算单元；信号处理模块将射频模块的两路接收天线信号经A/D转化处理、多普勒滤波以及FFT运算后得到目标相对于接收天线和发射天线的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块。进一步的，所述定位控制模块包括串口通信模块、无线通信模块、定位算法模块及显示控制模块；所述串口通信模块用于实现与信号处理模块之间的通信，所述无线通信模块用于实现与无线网络模块的通信，定位算法模块实现人员目标的定位，采用的主算法为双椭圆定位，最终坐标修正减少偏差采用中值滤波算法，定位算法模块将计算出的人员目标的坐标传给显示控制模块，显示控制模块将坐标信息通过显示装置进行显示。进一步的，所述数字化信息系统中心包括数据库管理系统、远程综合监控系统及数据WEB发布系统；所述数据库管理系统存储射频模块的配置信息、人员定位实时记录及历史记录信息；所述远程综合监控系统与无线网络模块进行数据交互；所述数据WEB发布系统所在的服务器通过防火墙和Internet网路与计算机控制终端连接。进一步的，远程综合监控系统包括无线数据接收与处理子系统、人员定位实时信息子系统、报警及处理子系统；无线数据接收与处理子系统：主要用于接收无线网络模块发送的人员数据，根据通信协议，对接收到的数据流解析、识别，同时存储到数据库管理系统所在本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，包括：至少一个射频模块，射频模块发射超宽带电磁波，穿透墙体射到墙体后的人员目标上，通过接收反射回来的超宽带电磁波提取人员目标信息；信号处理模块，用于接收射频模块传输的人员目标信息进行处理后得到人员目标相对于射频模块的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块；定位控制模块，用于实现人员目标的定位并将计算出的人员目标的坐标传给显示模块进行本地显示。

【技术特征摘要】
1.基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，包括：至少一个射频模块，射频模块发射超宽带电磁波，穿透墙体射到墙体后的人员目标上，通过接收反射回来的超宽带电磁波提取人员目标信息；信号处理模块，用于接收射频模块传输的人员目标信息进行处理后得到人员目标相对于射频模块的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块；定位控制模块，用于实现人员目标的定位并将计算出的人员目标的坐标传给显示模块进行本地显示。2.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，所述定位控制模块还通过无线网络模块与Internet网络相连，同时计算机控制终端及数字化信息系统中心也与Internet网络相连，通过Internet网络定位控制模块、计算机控制终端及数字化信息系统中心之间可以相互通信；定位控制模块将人员目标的坐标信息传输至计算机控制终端及数字化信息系统中心，实现信息的共享。3.如权利要求2所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，所述Internet网络还与GPRS/GSM网络通信，手机控制终端通过GPRS/GSM网络登陆Internet网络对数字化信息系统中心进行数据访问，浏览和查询人员位置信息。4.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，所述射频模块由接收天线、发射天线、两个接收通道、一个发射通道和频率发生器组成；频率发生器产生线性调频连续波信号，分别送入到发射通道和接收通道，发射通道完成对信号的滤波和放大，并输出到发射天线；两个接收通道对接收天线接收信号完成混频和放大，输出两路基带信号到信号处理模块的输入端，同时频率发生器产生的参考时钟和触发脉冲也送到信号处理模块的输入端。5.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，所述信号处理模块包括A/D转换单元、多普勒滤波单元以及FFT运算单元；信号处理模块将射频模块的两路接收天线信号经A/D转化处理、多普勒滤波以及FFT运算后得到目标相对于接收天线和发射天线的距离坐标，并将此距离坐标传送给定位控制模块。6.如权利要求1所述的基于超宽带穿墙雷达远程综合监控的人员定位系统，其特征是，所述定位控制模块包括串口通信模块、无线通信模块、定位算法模块及显示控制模块；所述串口通信模块用于实现与信号处理模块之间的通信，所述无线通信模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳，常天英，赵兴文，张延波，田现忠，杨秀蔚，颜广，葛兆斌，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37